Вестник ТГПУ им Л.Н. Толстого №2 2005

№ 2, 2005 Прежде всего остановимся на анализе энергетической диаграммы гетероперехода SmS-EuS и соответствующей сверхрешетки. Для чего необходимо иметь сведения о кри­ сталлической и зонной структуре сульфида европия. Сульфид европия имеет простую куби­ ческую решетку типа NaCl и широкую зону проводимости. Каждый ион Ей2’ находится в центре октаэдра анионов серы, а следовательно, имеет шесть ближайших соседей. Вторая координационная сфера состоит из 12 катионов Еи2+. Постоянная кристаллической решетки EuS составляет 5,96А, расстояние катион-анион 2,98А, а катион-катион 4,23 А. Обратимся теперь к зонной структуре халькогенида европия. Отличительной осо­ бенностью ее является наличие пустых 4б7-уровней в запрещенной зоне, ширина которой составляет ~3 эВ. Зона проводимости имеет величину 1,5 эВ и образуется из 6s- и 5d- состояний катионов. Причем кристаллическое поле расщепляет 5с1-орбиты натриплетный 5dt2g- и дуплетный 5d,ig-подуровни. Валентная же зона образована 2р-состояниями анио­ нов и имеет ширину «3,5 эВ. Эффективная запрещенная зона -- т. е. зазор между 4f7- мультиплетом и дном зоны проводимости - составляет «1,65 эВ [9]. Имея данные о кристаллической и зонной структурах EuS, мы подбирали такую ге­ теропару, чтобы на границе не возникали поверхностные состояния, при этом необходи­ мо выполнение условия: постоянные решеток не должны отличаться более чем на 0,5 %, что дает возможность получения атомарно-резких и плоских границ на гетеропереходе. Если гетеропара будет обладать такой же сингонией и типом кристаллической решетки, это даст основание для получения сверхрешеток хорошего качества с отсутствием по­ верхностных состояний и напряжений на границах слоев. Следовательно, в них не будет накапливаться избыточная упругая энергия и образуется бездефектная сверхрешетка. Наш интерес к моносульфиду самария связан с тем, что он является «идеальной па­ рой» по приведенным выше параметрам к халькогениду европия. Постоянные решеток их равны, соответственно aEus- 5,9бА и «sms =5,97А. Оба полупроводника имеют кубиче­ скую гранецентрованную решетку типа NaCl (пространственная группа Oh5=Fm3m). Много общего у них и в образовании зонной структуры, основные характеристики кото­ рой даны в таблице 1. Таблица 1 Физические параметры SmS Тип структуры NaCl Постоянная решетки а, А 5,97 Ширина запрещенной зоны ДЕ, эВ 2,3 Расстояние между 4Т’-уровнями и дном зоны проводимости Eg, эВ 0,23 m \m0- эффективная масса 0.78 Валентную зону представляют две полосы: верхняя, образованная р-уровнями, и нижняя, связанная с s-электронами. Узкие f-полосы расположены на расстоянии 1,924 эВ от вершины p-зон. Состояние Г1с зоны проводимости, генетически связанное с 6s- состояниями атома Sm, располагается ниже d-подобного состояния Г '25. Важный пара­ метр, как величина промежутка Eg, между вершиной f-полосы и минимумом зоны прово­ димости равна 0,23 эВ. Ее значение необходимо будет учитывать в сверхрешетках EuS- SmS при анализе гетероперехода. Они будут использованы при расчетах энергетических диаграмм гетероструктур халькогенид европия - халькогенид самария При этом будет учитываться тот факт, что f-полоса в SmS заполнена электронами и на 0,3 эВ находится выше пустой f-зоны в сульфиде европия. Кстати, ни в одной теоретической работе нет конкретных данных о расположении уровня Ферми в этом полупроводнике, что затрудняет даже качественный анализ энерге­ тических диаграмм в гетеропереходах SmS-EuS. Поэтому, учитывая результаты работы (5], можно считать, что f-полоса в запрещенной зоне EuS будет расщепляться из-за спин- орбитального взаимодействия и в одной из псевдощелей расположится уровень Ферми. Далее, важно отметить, что изменение постоянной решетки под давлением (р<6,5 кбар)